1. 增量式编码器倍频技术
来看一下增量式编码器的输出信号和它的信号倍频技术。增量式编码器输出的脉冲波形信号形式常见的有两种：
- 一种是占空比50%的方波，通道A和B相位差为90°；
- 另一种则是正弦波这类模拟信号，通道A和B相位差同样为90°。
对于第1种形式的方波信号，如果把两个通道组合起来看的话，可以发现A和B各自的上升沿和下降沿都能计数，至少在1/2个原始方波周期内就可以计数一次， 最多1/4个原始方波周期。这样计数频率就是原始方波信号的2倍或4倍，换句话说就是，将编码器的分辨率提高了2到4倍，具体如下图所示。
图中的方波信号如果只看其中一个通道的上升沿，那计数频率就等于这个通道信号的频率。如果在通道A的上升沿和下降沿都进行计数，计数频率就是通道A的两倍，即2倍频。 如果同时对两个通道的上升沿和下降沿都计数，那计数频率就变成了原始信号的4倍，即4倍频。
假设有个增量式编码器它的分辨率是600PPR，能分辨的最小角度是0.6°，对它进行4倍频之后就相当于把分辨率提高到了600*4=2400PPR，此时编码器能够分辨的最小角度为0.15°。 编码器倍频技术还可用来扩展一些测速方法的速度适用范围。例如电机测速通常使用M法进行测量（M法在下节介绍），编码器4倍频后可以扩展M法的速度下限。
2. 常用测速方法简介
上一节提到了增量式编码器倍频技术可以扩展M法的测量范围，那么现在我们就来讲解下这个M法究竟是怎样测速的，以及简单介绍一些常用的编码器测速方法。 对于电机转速的测量，可以把增量式编码器安装到电机上，用控制器对编码器脉冲进行计数，然后通过特定的方法求出电机转速，常用的编码器测速方法一般有三种：M法、T法和M/T法。
- M法：又叫做频率测量法。这种方法是在一个固定的定时时间内（以秒为单位），统计这段时间的编码器脉冲数，计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为C， 在时间T内，统计到的编码器脉冲数为M，则转速n的计算公式为：
如一全4000脉冲，一共产生8000脉冲 8000/（4000 x 2)
<br />公式中的编码器单圈总脉冲数C是常数，所以转速n跟M成正比。这就使得在高速测量时M变大，可以获得较好的测量精度和平稳性， 但是如果速度很低，低到每个T内只有少数几个脉冲，此时算出的速度误差就会比较大，并且很不稳定。也有一些方法可以改善M法在低速测量的准确性， 上一节提到的增量式编码器倍频技术就是其中一种，比如原本捕获到的脉冲M只有4个，经过4倍频后，相同电机状态M变成了16个， 也就提升了低速下的测量精度。
- T法：又叫做周期测量法。这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数，计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的间隔时间T决定， 计数值为M。设编码器单圈总脉冲数为C，高频脉冲的频率为F，则转速n的计算公式为：
1圈多少S 0.02s/rad
<br />公式中的编码器单圈总脉冲数C和高频脉冲频率F是常数，所以转速n跟M成反比。从公式可以看出，在电机高转速的时候， 编码器脉冲间隔时间T很小，使得测量周期内的高频脉冲计数值M也变得很少，导致测量误差变大，而在低转速时，T足够大， 测量周期内的M也足够多，所以T法和M法刚好相反，更适合测量低速。
M/T法：这种方法综合了M法和T法各自的优势，既测量编码器脉冲数又测量一定时间内的高频脉冲数。在一个相对固定的时间内，计数编码器脉冲数M， 并计数一个已知频率为F的高频脉冲，计数值为M，计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为C，则转速n的计算公式为：
由于M/T法公式中的F和C是常数，所以转速n就只受M和M的影响。电机高速时，M增大，M减小，相当于M法， 低速时，M增大，M减小，相当于T法。
3.STM32的编码器接口简介
STM32芯片内部有专门用来采集增量式编码器方波信号的接口，这些接口实际上是STM32定时器的其中一种功能。 不过编码器接口功能只有高级定时器TIM1、TIM8和通用定时器TIM2到TIM5才有。编码器接口用到了定时器的输入捕获部分， 功能框图如下图所示。
这个表格将编码器接口所有可能出现的工作情况全都列了出来，包括它是如何实现方向检测和倍频的。虽然信息很全面但是乍看上去却不容易看懂。 首先需要解释一下，表中的TI1和TI2对应编码器的通道A和通道B，而TI1FP1和TI2FP2则对应反相以后的TI1、TI2。STM32的编码器接口在计数的时候， 并不是单纯采集某一通道信号的上升沿或下降沿，而是需要综合另一个通道信号的电平。表中“相反信号的电平”指的就是在计数的时候所参考的另一个通道信号的电平， 这些电平决定了计数器的计数方向。
4.编程详解
定时器基本初始化结构体
typedef struct{uint32_t Prescaler; //预分频器uint32_t CounterMode; //计数模式uint32_t Period; //定时器周期uint32_t ClockDivision; //时钟分频uint32_t RepetitionCounter; //重复计算器uint32_t AutoReloadPreload; //自动重载值}TIM_Base_InitTypeDef;
TIM_Encoder_InitTypeDef
typedef struct{uint32_t EncoderMode; //编码器模式uint32_t IC1Polarity; //输入信号极性uint32_t IC1Selection; //输入通道uint32_t IC1Prescaler; //输入捕获预分频器uint32_t IC1Filter; //输入捕获滤波器uint32_t IC2Polarity; //输入信号极性uint32_t IC2Selection; //输入通道uint32_t IC2Prescaler; //输入捕获预分频器uint32_t IC2Filter; //输入捕获滤波器}TIM_Encoder_InitTypeDef;
- EncoderMode：编码器模式选择，用来设置计数器采集编码器信号的方式，可选通道A计数、通道B计数和双通道计数。 它设定TIMx_SMCR寄存器的SMS[2:0]位。这个成员实际是用来设置编码器接口的倍频数的，当选择通道A或B计数时为2倍频，双通道计数时为4倍频。
- ICxPolarity：输入捕获信号极性选择，用于设置定时器通道在编码器模式下的输入信号是否反相。 它设定TIMx_CCER寄存器的CCxNP位和CCxP位。
- ICxSelection：输入通道选择，ICx的信号可来自三个输入通道，分别为 TIM_ICSELECTION_DIRECTTI、 TIM_ICSELECTION_INDIRECTTI 或 IM_ICSELECTION_TRC。它设定TIMx_CCMRx寄存器的CCxS[1:0]位的值。 定时器在编码器接口模式下，此成员只能设置为TIM_ICSELECTION_DIRECTTI。
- ICxPrescaler：输入捕获通道预分频器，可设置1、2、4、8分频。它设定TIMx_CCMRx寄存器的ICxPSC[1:0]位的值。
- ICxFilter：输入捕获滤波器设置，可选设置0x0至0x0F。它设定TIMx_CCMRx寄存器ICxF[3:0]位的值。
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